深层搅拌法(手册).docx

第五章 深层搅拌法第一节 概述深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械 在地层深处，边钻进边喷射固化剂，经钻头旋转搅拌，使喷入土层中的固化剂与土体充 分拌合在一起，形成抗压强度比天然土体强度高，并具有整体性和抗水性的桩柱体搅 拌桩柱体和桩周围土体可构成复合地基，也可相割搭接排成一列，形成连续墙体，还可 相割搭接成多排墙在水利水电工程中，深层搅拌法主要用于在水工建筑物地基中形成 复合地基 、在堤坝及其地基中形成连续的防渗墙深层搅拌形成的桩体的直径一般为200 mm〜800 mm,形成的连续墙的厚度一般为120 mm〜300 mm加固深度一般大于5.0m，国内最大加固深度已达27m，国外最大加固深度 可达 60m1 发展历史深层搅拌法分为石灰系搅拌法和水泥系搅拌法石灰系搅拌法于1967年由瑞典人提 出， 1974年将石灰粉体喷射搅拌桩用于路基和深基坑边坡支护同期，日本于1967年开 始研制石灰搅拌施工机械， 1974年开始在软土地基加固工程中应用我国于1983年初开 始进行粉体喷射搅拌法加固软土的试验研究，并于1984年7月在广东省用于加固软土地 基水泥系深层搅拌法于20世纪50年代初始于美国， 1974年日本开发研制成功水泥搅 拌固化法（CMC），用于加固堆场地基，深度达32m。

近年来研制出各种深层搅拌机械，用 于防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚软土地基加固工程我国于1977 年10 月开始进行水泥系搅拌法的室内试验和机械研制工作，于1978年末制造出第一台深层搅 拌桩机及其配套设备， 1980年首次在上海应用并获得成功水利工程中的应用始于1995 年，最初主要是闸基、泵站地基用深层搅拌桩构成复合地基， 1996 年用于沂沭河拦河坝 坝基防渗，效果较好，当时为单头深层搅拌桩为了降低造价，提高工效，水利部淮委 基础公司于1997年发明了多头小直径深层搅拌截渗技术,而后由北京振冲江河截渗公司 编写：刘保平、刘勇、万隆审稿：研制出不同规格的多头深层搅拌施工设备这一技术进步推动了深层搅拌法在水利工程 中的应用目前深层搅拌法已广泛用于我国大江大河大湖的堤坝防渗工程，仅2000年上 半年，应用在长江堤防上的截渗墙面积就达98万m22 深层搅拌的分类(1) 按使用水泥的不同物理状态，分为浆体和粉体深层搅拌桩两类我国以水泥浆 体深层搅拌桩应用较广，粉体深层搅拌桩宜用于含水量大于30%的土体2) 按深层搅拌机械具有的搅拌头数，分为单头、双头和多头深层搅拌桩目前国 内一机最多有六头，国外已有一机 8 头。

3) 根据桩体内是否有加筋材料，分为加筋和非加筋桩加筋材料一般采用毛竹、 钢筋或轻型角钢等，以增强其劲性日本的SMW工法在深层搅拌桩中插入H型钢本章主要叙述以水泥浆为固化剂的非加筋深层搅拌桩和防渗墙的施工，在施工中使 用单头、双头和多头搅拌桩机3 加固原理3. 1 水泥土的固化机理土体中喷入水泥浆再经搅拌拌和后，水泥和土有以下物理化学反应：(1)水泥的水解 和水化反应；(2)离子交换与团粒化反应；(3)硬凝反应；(4)碳酸化反应水化反应减少 了软土中的含水量，增加颗粒之间的粘结力；离子交换与团粒化作用可以形成坚固的联 合体；硬凝反应又能增加水泥土的强度和足够的水稳定性；碳酸化反应还能进一步提高 水泥土的强度在水泥土浆被搅拌达到流态的情况下，若保持孔口微微翻浆，则可形成密实的水泥 土桩，而且水泥土浆在自重作用下可渗透填充被加固土体周围一定距离土层中的裂隙， 在土层中形成大于搅拌桩径的影响区3. 2 物理力学特性一般来说，水泥土的无侧限抗压强度在0 .3〜4.0 MPa之间，比天然软土强度提高 数十倍到数百倍，在砂层可高达5.0MPa以上的，它受许多因素影响1) 土质一般地说，初始性质较好的土，加固后强度增量较大，初始性质较差的土， 加固后强度增量较小。

水泥土的强度与土的含砂量有关，当含砂量为 40%〜60%时，加固 土强度达最大值在加固软粘土时，若在固化剂中掺加适量的细砂，既可提高加固土的 强度，又可节约水泥用量2) 龄期水泥土的抗压强度随其加固龄期而增长我国《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-91)规定，取90d龄期试块的无侧限抗压强度为加固土强度标准值一般情况下，7d、28d、90d的水泥土强度之间有如下近似关系：％网)宀1.49占7訂叫(90小宀1.9仁(7訂 qU(90d)a1.32qu(28d)3）水泥掺入比水泥掺入比通常指水泥掺入重量与被加固土天然湿容重的比（％） 在实际应用中，当水泥掺入比小于7%时，加固效果往往不能满足工程要求，而当掺入 比大于15%时，加固费用偏高因此，我国《建筑地基处理技术规范（JGJ79-91 ）规 定水泥的掺入比以7%〜15%为宜对含水率大于10 0%的土及孔隙率较大的杂填 土，常采用较高的水泥掺入比水泥土的抗剪强度随抗压强度提高而增大一般地说，当无侧限抗压强度q=0.5〜U4.0Mpa时，其粘聚力c = O.l〜1.1 Mpa,内摩擦角 约在20之间，抗剪强度相当于 （0.2〜0.3） q 。

U水泥土的变形模量与无侧限抗压强度q有关国内的研究认为：当q =0.5〜4.0MpaU U时，E =（100〜150） q ；U日本未松（1983）的试验结果是：当q〈1.5Mpa时，E =（75〜200 ） q ；当q〉1.5u 50 u uMpa时，E =（200〜1000 ） q ；上述式中E 指水泥土加固50天后的变形模量50 u 50水泥土的渗透系数k随着加固龄期的增加和水泥掺入比的增加而减小，对于 k〉10-5cm/s的软土用10 %的水泥加固一个月之后，一般地说，k值可减小到10-6cm/s以 下，当水泥掺入比由10%增加至20%时，k值可进一步减小至10-7cm/s以下4 适用范围4.1 适用土质深层搅拌法适合于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于140kPa的粘 性土、粉质粘土、粉土、砂土等软土地基当土中含高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿 物时，可取得最佳加固效果；土中含伊里石、氯化物和水铝英石等矿物时，或土的原始 抗剪强度小于 20kPa〜30kPa 时，加固效果较差当用于泥炭土或土中有机质含量较高， 酸碱度较低（pH值〈7）及地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。

当地表杂填土 厚度大且含直径大于10 0mm的石块或其他障碍物时，应将其清除后，再进行深层搅拌4.2 适用工程深层搅拌法由于对地基具有加固、支承、支挡、止水等多种功能，用途十分广泛， 例如：加固软土地基，以形成复合地基而支承水工建筑物、结构物基础；作为泵站、水 闸等的深基坑和地下管道沟槽开挖的围护结构，同时还可作为止水帷幕；当在搅拌桩中 插入型钢作为围护结构时，开挖深度可加大；稳定边坡、河岸、桥台或高填方路堤，作 为堤坝防渗墙等此外，由于搅拌桩施工时无震动、无噪音、无污染、一般不引起土体隆起或侧面挤出，故对环境的适应性强第二节 施工机具目前国内常用的深层搅拌桩机分动力头式及转盘式两大类转盘式深层搅拌桩机多 采用大口径转盘，配置步履式底盘，主机安装在底盘上，安有链轮、链条加压装置其 主要优点是：重心低、比较稳定，钻进及提升速度易于控制动力头式深层搅拌桩机可 采用液压马达或机械式电动机——减速器这类搅拌桩机主电机悬吊在架子上，重心高， 必须配有足够重量的底盘，另一方面，由于主电机与搅拌钻具连成一体，重量较大，因 此可以不必配置加压装置1 动力头式深层搅拌桩机国内已经开发出动力头式单头和双头深层搅拌桩机，主要用于施工复合地基中的水 泥土桩。

1．1 单头深层搅拌桩机(1) 动力头由电动机、减速器组成，主要为搅拌提供动力；(2) 滑轮组主要由卷扬机、顶部滑轮组组成，使搅拌装置下沉或上提；(3) 搅拌轴由法兰及优质无缝钢管制成，其上端与减速器输出轴相连，下端与搅 拌头相接，以传递扭矩；(4) 搅拌钻头采用带硬质合金齿的二叶片式搅拌头，搅拌叶片直径500mm〜700mm； 为防止施工时软土涌入输浆管，在输浆口设置单向球阀；当搅拌下沉时，球受水或土的 上托力作用而堵住输浆管口；提管时，它被水泥浆推开，起到单向阀门的作用；(5) 钻架由钻塔、付腿、起落挑杆组成，起支承和起落搅拌装置的作用6) 底车架由底盘、轨道、枕木组成，起行走的作用7) 操作系统由操作台、配电箱组成，是主机的操作系统8) 制浆系统由挤压泵、集料斗、灰浆搅拌机、输浆管组成，主要作用是为主机 提供水泥浆；1.1.2 机械示意图DJB-14D 型深层搅拌桩机配套机械示意图见图5-2-1单头深层搅拌装置示意图见图5-2-2图 5-2-1 单头深层搅拌桩机配套机械示意图1-顶部滑轮组；2-动力头；3-钻塔；4-搅拌轴；5-搅拌钻头；6-枕木；7-底盘；8-起落挑杆；9-轨道；10-挤压泵；11-集料斗；12-灰浆搅拌机；13-操作台；14-配电箱；15-卷扬机；16-付腿；图 5-2-2 动力头式单头深层搅拌装置示意图1-电缆接头；2-进浆口；3-电动机；4-搅拌轴；5-搅拌头主要技术参数见表 5-2-1。

表 5-2-1 单头深层搅拌机械技术参数表机型GZB-600DJB-14D搅 拌 装 置搅拌轴数量(根)11搅拌叶片外径(mm)600500搅拌轴转数(r/min)5060电机功率(kW )2X301X22起 吊 设 备提升能力(kN)15050提升高度(m)1419.5提升速度(m/min)0.6〜1.00.95 〜1.20接地压力(kPa)6040制 浆 系 统灰浆拌制台数X容量(L)2X5002X200灰浆泵量(L/min)281(AP-15-B)33(UBJ)灰浆泵工作压力(kPa)140021500生产能力一次加固桩面积(m2)0.2830.196最大加固深度(m)15.019.0效率(m/台班)60100总重量(t)1241.2 双头深层搅拌桩机 双头深层搅拌桩机是在动力头式单头深层搅拌桩机基础上改进而成，其搅拌装置比 单头搅拌桩机多了一个搅拌轴，可以一次施工两根桩其它组成和作用同动力头式单头 深层搅拌桩机双头深层搅拌桩机配套机械示意图见图5-2-1SJB-1型双头深层搅拌桩机的搅拌装 置见图 5-2-3主要技术参数见表5-2-2图 5-2-3 双轴深层搅拌桩机搅拌装置图1-输浆管；2-外壳；3-出水口；4-进水口；5-电动机；6-导向滑块；7-减速器； 8-中心管；9-搅拌轴；10-横向系板；11-球形阀；12-搅拌头。

表 5-2-2双头深层搅拌机械技术参数表机型SJB-30SJB-40SJB-1搅 拌 装 置搅拌轴数量(根)222搅拌叶片外径(mm)700700700〜800搅拌轴转数(r/min)434346电机功率(kW )2X302X402X30起 吊 设 备提升能力(kN)>100>100>100提升高度(m)>14>14>14提升速度(m/min)0.2 〜1.00.2 〜1.00.2 〜1.0接地压力(kPa)606060制 浆 系 统灰浆拌制台数X容量(L)2X2002。